Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（1）工業上合成甲醇的反應原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，
下表所列數據是該反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據表中數據可判斷△H

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應將

A

．
A．向正方向移動   B．向逆方向移動   C．處于平衡狀態   D．無法判斷
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1

．
（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質構成燃料電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，則負極的電極反應式為

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

，隨著反應的不斷進行溶液的pH

減小

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應式為

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為

56

mL（標況下）．

Answer 1

分析：（1）①、由表中數據可知，溫度越高，平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動；
②、計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較，判斷反應進行的方向；
（2）根據蓋斯定律①-②可得甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
（3）負極發生氧化反應，甲醇在負極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應式減去正極反應式可得負極反應式，由電池總反應式可知OH^-參加反應，OH^-濃度降低；
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發生氧化反應生成氯氣．電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，據此計算生成的氯氣的物質的量，根據電子轉移守恒計算原電池消耗的氧氣的物質的量，進而計算體積．

解答：解：（1）①、由表中數據可知，溫度越高，平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②、將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時的濃度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反應向正反應進行，故答案為：A；
（2）根據蓋斯定律①-②可得 2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=（-1451.6kJ?mol^-1）-（-566.0kJ?mol^-1）
=-885.6kJ?mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
（3）負極發生氧化反應，甲醇在負極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應式為3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，總反應式減去正極反應式可得2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，故負極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，由電池總反應式可知OH^-參加反應，OH^-濃度降低，酸性增強，溶液pH減小，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減小；
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發生氧化反應生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據反應2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，根據電子轉移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=

0.005mol×2

4

=0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

點評：本題目綜合性較大，涉及化學平衡常數、熱化學方程式、原電池與電解池工作原理及計算等，難度中等，注意（3）中利用總反應式減去正極反應式書寫負極電極反應式時，轉移電子數目應相等．